Nokos Module

Module

Noko benötigt einige Module und elektronische sowie mechanische Teile, die hier einzeln aufgeführt werden. Zunächst werden die Module beschrieben. Auf der nächsten Seite folgt eine Liste aller verwendeten Bauteile.

Fotos: Nikolai Radke

Arduino Nano

Die beliebte Entwicklungsplattform mit ATMEL ATMEGA328-Microcontroller. Einfach zu programmieren, robust, stromsparend und klein. Und ganz besonders: als Nachbau (da OpenSource) günstig zu haben, als China-Clone bereits ab 2,50€. In diesem Fall ist aber zu beachten, dass diese Arduinos nicht mit einem FTDI-Chip, sondern mit der günstigen Variante CH340g bestückt sind. Das ist nicht weiter tragisch - zumindest unter Linux und IOS. Windows hingegen benötigt einen Treiber, den es z.B. hier gibt. Selbstverständlich ist meine Empfehlung der Original-Arduino Nano von Gravitech. Diese Frage sollte ein einfacher Blick ins Portemonnaie klären.

Arduinos verfügen über den I2C-Bus, um eine Vielzahl von Geräten mit wenig PINs anzusteuern. Für die meisten verwendeten Geräte gibt es bereits gute Bibliotheken im Netz, was die Programmierung stark vereinfacht.

Programmiert wird der Arduino über die Arduino IDE. Bisher passt mit etwa 28k der Noko-Sketch in den 30.5k Flash-Speicher, dennoch empfehle ich, mit Blick auf die Zukunft, OptiBoot als Bootloader aufzuspielen. So erhöht sich der Flash-Speicher um weitere 1.5k, zudem ist die Upload-Geschwindigkeit schneller und der Watchdog arbeitet fehlerfrei. Eine Anleitung zum Flashen des Bootloaders ist im Wiki enthalten.

Für dieses Wiki gilt: Es sind keine Programmierkenntnisse nötig. Die Kompilierung der Noko-Software wird ausführlich auch für Programmierunkundige beschrieben.

Serielles LCD

Das Display dient der Bedienung, als Uhr und auch als Lichtquelle. Verwendet wird ein 20x4-zeiliges LC-Display mit einem Adapter zur seriellen Kommunikation über den I2C-Bus. Diese Displays sind bereits ab 6,50€ mit aufgelötetem Adapter in den Farben Schwarz auf Gelb, Blau auf Weiß und seltener Schwarz auf Weiß zu haben.

Zur Programmierung verwende ich die Library von Francisco. Malpartida.

Die Displays sind mit einem Port Expander PCF8574 mit dem Adressraum von 0x20 bis 0x27 oder PCF8574A mit einem Adressraum von 0x38 bis 0x3F versehen. In der Regel gilt: Blau=0x27, Gelb=0x3F. Praktischer Weise kann Noko die Adresse, sofern es sich um diese Expander handelt, selbst ermitteln.

Echtzeituhr DS3231

Als Uhr und Wecker ist Noko natürlich auf eine zuverlässige Zeitquelle angewiesen. Dieses Modul ist batteriegepuffert, was viele Jahre halten sollte - angeblich zehn Jahre, vorausgesetzt, Noko bleibt auch zehn Jahre aus... Die ohnehin preiswerte CR2032 ist bereits dabei.

Als RTC wird ein DS3231 verwendet, der auch mit einem Temperatursensor ausgestattet ist - zur korrekten Zeitmessung. Den kann man aber auch wunderbar zur Überwachung der Innentemperatur zweckentfremden. Zudem verfügt das Modul über ein AT24C32 EEPROM mit 4k Speicher, in dem einige Nutzerdaten sicher(er) vor äußeren Einflüssen geschützt liegen, als im Arduino-EEPROM. Wenn Noko Geschichten abspielen soll, so werden dort die Titel und Autoren gespeichert. Dieses tolle Modul habe ich für 1€ gekauft.

Zur Programmierung verwende ich die Library von Wagner Sartori Junior.

MP3-Modul JQ6500

Zugegeben, man kann es Noko und mir nicht recht machen. Das JQ6500-28P (oder auch manchmal JQ650-28p) für ca. 8€ ist das vierte Modul, dass ich ausprobiert habe. Die letzten drei Nokos wurden alle mit einem WT5001m02-28P gebaut, was aber nicht die Möglichkeit hat, die MP3s zu ändern, wenn es einmal verbaut ist. Dafür verfügt es über einen guten Stromsparmodus. Den hat das JQ6500 auch, aber der funktioniert nicht. War ja klar. Dafür aber alles andere: Dieses Modul kann auf eine eingeschobene microSD-Karte bis 32GB zugreifen und von dort ausgewählte Lieder in mehreren Ordnern abspielen, hat eine Pause-Funktion und verbraucht relativ wenig Strom, wenn es nicht spielt. Dann aber ist es gerne gierig und zieht bis zu 1A Spitzenlast, die der Step Up jedoch gut liefert. Aber das Wichtigste: Es kann via USB auf die Karte zugreifen, um Noko mit MP3s zu bestücken.

JQ6500 wird nicht über den I2C-Bus angesteuert, hier ist also etwas Lötarbeit gefragt. Keine Sorge, nur wenige Pins werden benötigt.

Als microSD-Karte verwende ich preisgünstige 8GB-Modelle. Bisher funktioniert jede SanDisk-Karte.

Probleme - wenn auch eher humoresker Natur - macht der Zugriff auf die SD-Karte unter Windows: Während sich unter Linux und IOS ein Fenster, wie von USB-Geräten gewöhnt, öffnet, startet das Modul unter Windows eine Oberfläche, um dort leicht Dateien aufspielen zu können. Praktisch. Aber leider auf Chinesisch. :-) Ansonsten steckt es voller Geheimnisse, die nirgends dokumentiert wurden. Schreckliches Gerät.

Programmiert wird das Modul anhand der Library von James Sleeman. Über seine großartigen Anleitungen habe ich gelernt, dieses Modul zu verwenden, da es bisher kaum im Netz dokumentiert wird und das Datenblatt auf Chinesisch ist. Thanks, James! Good work!

Ultraschallsensor HC-SR04

Ein weit verbreiteter Ultraschallsensor. Einfach zu programmieren, benötigt nur wenig Pins. Kostenpunkt: 1€. Einfach, zuverlässig, günstig. So mag es der Selfmade-Fan! Übrigens: Eine Wechselwirkung mit Hunden oder Fledermäusen ist nicht bekannt.

Akku

Als netzunabhängige Stromversorgung dient ein Lithium-Polymer Akku mit 3,7V und 1800mAh, damit sollte Noko einen Tag ohne Stromnetz überstehen. Der verwendete Akku hat die Maße 50x81x4mm und verfügt über einen Über- und Entladeschutz unter der orangefarbenen Folie. Erstanden habe ich ihn bei einem irischen Anbieter für 7,20€.

Es können auch durchaus stärkere Akkus verbaut werden. Wichtig ist nur, dass sie 3,7V haben und eine Größe von 100x110x4mm nicht überrschreiten. Derselbe Anbieter des obrigen Akkus hat beispielsweise eine 101x70x4mm-Variante mit 3400mAh für 11€ im Sortiment. Damit kann Noko lange aushalten. Wer's braucht.

Lademodul TP4056

Nokos Akku wird über dieses Lademodul mit 5V, 1A aufgeladen. Der USB-Anschluss bleibt ungenutzt. Ein einzelnes Modul kostet 1€, zehn davon 3,50€.

Arne Hüffmeier: Das Lademodul gibt es auch mit Tiefentladeschutz. Falls nur ein "nackter" Akku vorhanden ist.

Step Up-Modul MT3608

Die meisten Module laufen mit 5V. Der Verstärker benötigt jedoch etwa 6,5V. Die Spannung aus dem Akku wird mit Hilfe dieses Spannungswandlers auf 6,5V erhöht und stellt bis zu 2A bereit. Das genügt, um auch hohe Lastspitzen zu stemmen. 3,3V für das optionale Radio liefert der Spannungswandler im Arduino. Die anderen Module werden mit Hilfe eines L5940V5-Regulators mit 5V versorgt.

Versuche, Noko mithilfe des deutlich stärkeren XL6009 zu betreiben, scheiterten, da dieser Step Up bei Eingangsspannungen unter 4V einbricht. Bei normalen LiPo-Akkus ist das natürlich suboptimal.

Bei dem Kauf eines MP3608 ist zu beachten, dass oftmals defekte Teile darunter sind. Bei mir natürlich auch. Im Internet finden sich ebenfalls etliche Klagen und Hassbotschaften über dieses Modul, das ebenfalls ca. 1€ kostet.

Verstärker

Ein leidiges Thema. So viele habe ich getestet. Angefangen mit einem altbewährten LM386. Der lieferte zu wenig Leistung und zu viele Einstreuungen. Dann kam ein Selbstbauverstärker mit TDA7052. Der war laut genug, hatte aber ähnliche Probleme mit Störgeräuschen. Als nächstes wurde ein Verstärker mit TDA7052a gebaut. Der war gut. Aber leider nur Mono - und zu schwach, da ich ihn (aus purer Unwissenheit) nur mit 5V betrieb. Nr. 4 war ein PAM8304-Verstärker, sehr günstig, guter Klang, kräftig, keine Nebengeräusche... aber in seiner Eigenschaft als Klasse D Digitalverstärker eine enorme Störquelle für den Radioempfang, der im dritten Noko nur eingeschränkt möglich ist. Leider habe ich bis heute keinen geeigneten Verstärker als fertiges Modul gefunden.

Die Lösung ist daher ein Klasse AB-Selbstbauverstärker mit TDA7053a Stereo-Verstärker, betrieben mit 6,5V. die Lötarbeit ist lästig, aber das Ergebnis kann sich hören lassen. Die Bauteile sind ebenfalls günstig und die Verschaltung relativ simpel. Unter Noko/schematics/ liegt die Schaltung für den Verstärker. Die Bauanleitung folgt demnächst in diesem WIKI.

Wem das zu viel Arbeit ist, dem kann ich nur den deutlich schwächeren TDA2822 Stereoverstärker empfehlen, der als fertiges Modul für ca. 4€ im Internet zu haben ist.

Achtung:
Pünktlich zur Fertigstellung des Wikis wurde die Produktion des TDA7053a nach vielen Jahren ersatzlos eingestellt. Es ist derzeit noch möglich, den Chip in China zu bestellen. Wer Probleme mit der Beschaffung hat, kann sich an mich wenden, ich habe noch einige vorrätig.

Zwei Lautsprecher

Kein Modul im eigentlichen Sinn, aber dennoch sind sie essentielle Bestandteile, die sorgfältig ausgewählt wurden. Diese VISATON K20.40 2W 8Ohm Lautsprecher haben für ihre geringen Maße von 20x40x7,5mm einen erstaunlich satten Klang und passen im Duett prima zum Verstärker. Bauform und Tiefe machen den Einbau in den Noko besonders einfach. Preis pro Stück: 4,50€, also 9€ für beide. Hab ich einfach mal ausgerechnet.

USB-Hub

Damit sowohl der Arduino als auch das MP3-Modul über den gemeinsamen USB-Anschluss angesprochen werden können, braucht NOKO einen USB-Hub, eine einfache Y-Verbindung funktioniert nicht. Das muss ein möglichst kleines Gerät sein, dessen Ports mit Kabeln außerhalb angebracht sind. Diese Ports werden abgetrennt und durch Stecker zu den USB-Anschlüssen des Arduino und des JQ6500 ersetzt. im Verzeichnis Noko/schematics/ liegt der entsprechende Schaltplan.

Derzeit verwende ich einen USB-Hub mit drei Eingängen und einem Ausgang zum Zielrechner für 5,60€. Ich habe aber mittlerweile noch kleinere Hubs mit nur zwei Eingängen, was ja ideal wäre, für 5€ gesehen.

Optional: Radio Si4703

Ein schickes Radiomodul mit erstaunlich gutem Empfang und sogar RDS-Funktion für ca. 8€. Es basiert auf dem Si4703 und ist I2C-fähig. Es darf jedoch nur mit 3,3V betrieben werden. Praktischer Weise stellt der Arduino diese Spannung bereit. Die Buchse eignet sich hervorragend zu Diagnose mit Kopfhörern, die gleichzeitig als Antenne dienen. Unterhalb der Buchse befinden sich die Pins, an die später die Leitungen zum Verstärker und die Antenne gelötet werden, um nicht die Buchse verwenden zu müssen.

Dieses Modul verwendet eine Library, die von Simon Monks geschrieben und von Gary Bell und schließlich von mir modifiziert wurde.

Optional: EEPROM 24LC256

Der Speicher auf dem Arduino ist sehr begrenzt. Jede Textzeile müsste in dem ohnehin knapp bemessenen 32kb-Flashspeicher untergebracht werden, der mit der eigentlichen Software beinahe voll ist. Abhilfe schafft ein 24LC256 EEPROM, das sozusagen als Speichererweiterung mit weiteren 32kb dient. Dieser Chip lässt sich bequem über den I2C-Bus ansteuern und enthält momentan ca. 20kb an Sprüchen, Gedichten und anderen Schnickschnack.

Wem das Beschreiben dieses Chips zu kompliziert oder der Preis von ca 1,50€ zu hoch ist, der kann ihn auch einfach weglassen.

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Das waren alle verwendeten Module. Erhältlich sind sie beim Elektronikhändler des Vertrauens oder allesamt bei einschlägigen Internet-Auktionshäusern.

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